Makalah PLTMH

BAB I

PENDAHULUAN

1.1     Latar Belakang

          Adanya krisis energi listrik pada sistem kelistrikan pada masing-masing daerah di Indonesia sudah dapat dipastikan akan mengakibatkan terjadinya kelangkaan energi, hal ini disebabkan karena pasokan listrik yang tersedia dengan jumlahpemakaian listrik dan permintaan pemasangan baru oleh pelanggan tidak seimbang. Kita dapat membayangkan kemungkinan yang lebih buruk pada masa mendatang, yaitu ketika jumlah rumah semakin bertambah dan sekaligus semaking gemarakan listrik, baik untuk penerangan maupun menghidupkan berbagai peralatan. Ketika kendaraan semakin banyak, kemacetan merajalela sehingga konsumsi bahan bakar naik tidak terkirakan, sementara BBM sukar diperoleh dan harganya tidak terjangkau.

Listrik kini menjadi kebutuhan pokok bagi manusia. Betapa tidak, jika listrik padam pada saat malam hari, pemukiman penduduk seakan-akan menjadi kota hantu. Lebih dari 60% peralatan rumah tangga beroperasi menggunakan listrik. sehingga dapat dibayangkan, jika listrik mati apa yang akan terjadi. Selama ini, kebanyakan dari kita berfikiran bahwa listrik hanya bisa disediakan oleh Negara (PLN). Sehingga pnduduk daerah pelosok negeri hanya bisa gigit jari membayangkan listrik akan masuk ke rumah-rumah mereka.

          Sebenarnya kita bisa memasok listrik sendiri, dengan memanfaatkan aliran air sungai, air terjun yag sering kita temui di desa-desa atau daerah pegunungan. Pemanfaatan  aliran air sungai ini dapat menghemat pasokan listrik dari PLN tetapi memang daya yang dihantarkan tidak sebesar energi listrik yang diberikan oleh PLN. Pembangkit listrik yang demikian disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Disebut mikro karena daya yang dihasilkan tergolong kecil (masih dalam hitungan ratusan kilowatt). Tenaga air ini bisa berasal dari saluran sungai, saluran irigasi, air terjun alam, atau bahkan sekedar parit asal airnya kontinyu. Prinsip kerjanya adalah memanfaatkan tinggi terjunnya dan jumlah debit air.

          Makalah ini akan membahas prinsip kerja dari PLTMH, kelebihan dan kelemahan dari PLTMH, Efisiensi dari sistem tersebut serta nilai ekonomis dari energi listrik yang dihasilkan.

1.2     Tujuan Penulisan

          Tujuan disusunnya makalah ini adalah sebagai berikut :

1.   Mengetahui prinsip kerja dari PLTMH.

2.   Mengetahui nilai efisiensi dari PLTMH.

3.   Mengetahui nilai ekonomis energi listrik yang dihasilkan PLMTH dibanding energi listrik dari PLN.

4.   Mengetahui keuntungan dipakainya PLMTH

5.   Mengetahui solusi dari kekurangan PLMTH

BAB II

KAJIAN TEORI

2.1 Pengertian PLTMH

 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) adalah pemabngkit listrik yang memanfaatkan energi mekanik air untuk selanjutnya diubah menjadi energi listrik. Pada prinsipnya sama dengan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Bedanya daya yang dihasilkan kecil yakni kurang dari 100 kilo watt.

2.2 Komponen-komponen PLTMH

Berikut ini adalah skema komponen dari mikrohiro secara umum :

Gambar 2.1 skema komponen dari mikrohiro

Ada 3 komponen utama yang digunakan dalam mikrohidro yakni pengatur air (sebagai sumber energy), turbin dan generator.

2.2.1   Komponen pengatur air

1.    Diversion Weir (bendungan pengalih)

Merupakan bagian yang berfungsi untuk mengalihkan air dari sungai agar sampai ke bak pengendap. Bendungan ini menjadi supply air PLMTH yang akan digunakan.

2.    Intake (Pembuka)

Intake sebagai pintu dam yang berfungsi mengatur supply air dari bendungan

Gambar 2.2 Diversion weir dan Intake

3.    Settling Basin (Bak pengendap)

Bak pengendap digunakan untuk memindahkan partikel-partikel pasir maupun bahan lain yang larut dalam air. Tujuannya untuk melindung komponen-komponen lanjutan dari dampak pasir. Sebab akan bisa berakibat fatal. Misalnya turbin yang dipakai bisa saja rusak bila airnya tidak bersih. Bak ini dibuat dengan memperdalam dan memperlebar saluran penghantar dan menambahnya dengan saluran penguras.

Gambar 2.3 Settling Basin

4.    Headrace (Saluran Pembawa)

Headrace hanya berfungsi sebagai saluran pembawa. Saluran ini akan mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan. Sehingga air yang tersalurkan tidak terlalu deras. Headrace biasanya digunakan pada kondisi sumber air letaknya berjauhan dengan letak PLMTH. Sehingga untuk menunjang supply air, dipakailah headrace.

Gambar 2.4 Headrace

5.    Headtank (Bak Penenang)

Headtank berfungsi sebagai pengatur perbedaan keluaran air antara headrace dan penstock. Selain itu dipakai juga untuk pemisahan akhir kotoran yang ada dalam air. Semisal pasir, kayu dll. Sehingga ada 2 tahap penyaringan.

Gambar 2.5 Headtank

6.    Penstock (Pipa Pesat)

Penstock dihubungkan ke tempat dengan elevasi yang lebih rendah, di mana turbin air berada. Penstock berfungsi mengalirkan air sebelum masuk ke turbin. Dalam pipa ini, energi potensial air di kolam penenang diubah menjadi energi kinetik yang akan memutar roda turbin. Pipa pesat biasanya dibuat dari baja yang di-rol, sambungan antar pipa pun harus kuat. Selain itu, diperlukan pondasi yang kokoh agar mampu menahan beban statis dan dinamis

Gambar 2.6 Penstock

Dalam aplikasinya, tidak semua komponen ini dipakai. Semisal headrace. Letak sumber air tidak berjauhan dengan PLTMH, maka headrace bisa tidak diperlukan. Contoh lain Settling Basin dan headtank yang bisa digabung menjadi satu. Namun demikian, pada kebanyakan aplikasi, semua komponen  di atas dipakai untukmengatur input air. 

2.2.2   Turbin

      Turbin adalah mesin berputar yang berfungsi untuk mengambil energi mekanik dari aliran fluida. Dalam PLTMH digunakan turbin air. Turbin ini akan mengkonversikan menjadi energi gerak angular. Turbin air memiliki casing berupa baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluida. Energi diperoleh dari tenaga shaft yang berputar. Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga yang tinggi. Ini dikarenakan kemampuan turbin untuk beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Namun pada PLTMH, turbin yang dipakai memiliki kepadatan energi yang rendah. Sebab aliran airnya juga tak terlalu deras.

Berikut ini cara perawatan turbin mikrohidro agar berfungsi dengan baik :

• Pastikan turbin tidak berputar saat dilakukan pengecekan komponen dalam turbin

• Cek kondisi mur dan baut pada turbin

• Beri pelumas pada poros setiap 2-3 minggu sekali

• Cek dan bersihkan bagian dalam turbin minimal 6 bulan sekali. Pastikan tidak ada benda asing di dana

• Bersihkan badan turbin dari kotoran untuk menghindari karat

• Cek turbin setiap kali diketahui suhu, posisi maupun bunyi turbin tidak normal

2.2.3   Generator

     Generator adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah daya gerak menjadi daya listrik. Untuk sistem mikro hidro ini kami menggunakan generator tak-serempak, baik untuk sistem fixed-speed maupun sistem variable speed. Keuntungan dari sistem fixed-speed menggunakan generator tak-serempak adalah murah, sistemnya sederhana dan kokoh (robast). Sistem ini beroperasi pada kecepatan yang konstan, sehingga turbin hanya memperoleh daya maksimum pada satu nilai kecepatan angin. Sistem ini cocok untuk diterapkan pada mikrohidro yang kecepatan aliran airnya bisa diatur secara mekanik. Kelemahan dari sistem ini adalah generator memerlukan daya reaktif untuk bisa menghasilkan listrik sehingga harus dipasang kapasitor bank atau dihubungkan dengan grid. Sistem ini rentan terhadap pulsating power menuju grid dan rentan terhadap perubahan mekanis secara tiba-tiba.

Berikut ini cara perawatan generator mikrohidro agar berfungsi dengan baik :

• Jangan menyentuh koneksi listrik saat generator beroperasi

• Cek keketatan mur dan baut generator

• Cek bila temperature generator tidak normal dan saat ada noise tidak wajar

• Bersihkan ventilasi dan kipas generator dari debu data tidak beroperasi

2.3  Prinsip kerja PLTMH

 PLTMH pada prinsipnya sama dengan PLTA yaitu memanfaatkan beda elevasi dan jumlah debit air yang ada pada aliran air.Aliran  air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energy meknik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik. 

         Pembangunan PLTMH dimulai dengan membangun bendungan untuk mengatur supply air. Bendungan perlu dilengkapi intake (pintu pembuka) dan saringan agar sampah bisa disaring. Bendungan ini harus terletak pada dasar sungai yang stabil dan aman dari banjir. Dari intake, air disalurkan melalui headrace yang dilengkapi saluran pelimpah untuk mengeluarkan air yang berlebih. Tapi bisa juga saluran pelimpah tak diperlukan, tergantung kondisi. 

           Selanjutnya, air akan masuk ke kolam pengendap untuk mengendapkan pasir dan menyaring kotoran agar air yang masuk ke turbin bersih. Selanjutnya air akan masuk penstock dan dialirkan menuju turbin. Dalam penstock, energi potensial air akan diubah menjadi energi kinetik.

          Dalam turbin, air akan mengenai inlet. Di dalamnya ada guided vane untuk mengaturjumlah air yang masuk ke baling-baling. Baling-baling ini terbuat dari baja yang kokoh yang dilas pada 2 buah piringan sejajar agar system seimbang. Turbin dilengkapi casing untuk mengarahkan ke baling-baling. Daya dai poros turbin ini ditransmisikan ke dalam generator untuk diubah jadi nergi listrik. Generator yang dipakai adalah generator sinkron dan generator induksi. 

     Sistem transmisinya bias langsung maupun tidak langsung. Sistem transmisi langsung memiliki kelebihan lebih kompak, mudah memindahkan daya serta efisiensi tinggi. Namun sumbunya harus benar-benar lurus dan putaran turbin sama dengan putaran generator. Untuk mengatasinya dapat dipakai gearbox. Gearbox dapat dipakai untuk mengubah rasio kecepatan rotasi. 

     Turbin dan generator sebaiknya diletakkan pada sebuah rumah yang terpisah. Pondasi dari turbin dan generator juga harus dipisahkan dari rumahnya. Hal ini bertujuan agar tidak ada masalah yang muncul akibat getaranListrik yang dihasilkan oleh generator dapat langsung ditransmisikan lewat kabel ataupun disimpan dalam storage

2.4 Pemanfaatan Produk Sampingan PLTMH

Dari diagram blok yang ada pada gambar 2.9 diketahui bahwa PLTMH menghasilkan 3 produk sampingan yakni kotoran, air keluaran dan panas. Dua di antaranya bisa dimanfaatkan yaitu air keluaran dan panas.

2.4.1 Pemanfaatan Air Keluaran

PLTMH hanya memanfaatkan energi mekanik dari air saja. Sehingga air keluaran dari PLTMH bisa dimanfaatkan. Apalagi kotoran-kotorannya telah dihilangkan dalam settling basin. Airnya bisa dipakai untuk irigasi dalam sawah maupun ladang. Bahkan bila sumber airnya bersih bisa juga dipakai untuk keperluan rumah tangga.

2.4.2 Pemanfaatan Panas

Baik turbin maupun generator tidak mungkin memiliki effisiensi 100%. Sehingga pada turbin tidak semua energi potensial diubah menjadi energi gerak mekanik. Dan pada generator tidak semua energi mekanik diubah menjadi energi listrik. Pada kedua komponen ini, akan dihasilkan panas juga. Panas yang bisa dimanfaatkan akan dimasukkan ke dalam economizer untuk bisa dimanfaatkan. Ecomizer yang dipakai misalnya heat exchanger. Panas yang tak bisa dimanfaatkan akan dibuang ke lingkungan.

2.5 Kelebihan dan Kekurangan PLTMH

2.5.1 Kelebihan PLTMH

Berikut adalah beberapa kelebihan PLTMH sehingga cocok untuk dimanfaatkan :

1.    Merupakan sumber saya terbarukan

2.    Biaya operasional dan pemeliharaan lebih murah dibanding mesin dengan energi fosil

3.    Penerapannya relatif  mudah dan ramah lingkungan, tidak menimbulkan polusi udara dan suara.

4.    Efisiensinya tinggi

5.    Aman bila dipakai untuk memompa air, karena tidak digerakkan motor listrik. Selain itu efisiensinya lebih baik.

6.    Produk sampingan seperti air keluaran bisa dimanfaatkan untuk keperluan irigasi. Selain itu panas yang dihasilkan juga bisa dipakai.

7.    Masyarakat yang menikmati manfaat mikrohidro dapat membantu menjaga kondisi lingkungan daerah tangkapan airnya.

2.5.2 Kekurangan PLTMH

Berikut adalah beberapa kekurangan PLTMH yang ada di Indonesia sehingga perlu dicari solusinya :

1.    Biaya investasi untuk teknologi mikrohidro masih tinggi. 

2.   Kurangnya sosialisasi PLTMH, terutama potensinya sebagai penggerak mekanis seperti pompa air, penggiling padi, dll

3.   Diperlukan sosialisasi mengenai dampak positip penerapan mikro hidro terhadap pengembangan kegiatan sosial ekonomi masyarakat pedesaan seperti industri kecil/rumah, perbengkelan, pertanian, peternakan, pendidikan, dll.

2.6 PLTMH di Indonesia saat ini

 PLTMH saat ini sudah banyak diterapkan di Indonesia. Karena banyak sekali potensi aliran air yang bisa dimanfaatkan untuk teknologi ini, terutama di daerah yang sebelumnya belum mendapat aliran listrik. Akhir-akhir ini Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) mengembangkan PLTMH sebagai solusi energi listrik pedesaan yang selama ini belum terjangkau listrik PLN. Pembangkit mikrohidro yang dikembangkan LIPI telah dibangun di sejumlah daerah di Tanah Air seperti di Makki, Wamena, Papua, Enrekang, Sulawesi Selatan, dan Nagrak, Subang, Jabar. Di kabupaten Enrekang, Sulawesi Selatan misalnya, telah dibangun PLTMH dengan kapasitas 20 kW bagi 96 rumah, sarana umum, dan di masjid.

Selain dari LIPI, pihak swasta juga turut membantu mengembangkan teknologi ramah lingkungan ini. Seperti di daerah Kemukiman Lhoong, Aceh. PLTMH ini terletak di Desa Kr Kala yang didiami 107 KK. PLTMH Lhoong merupakan bantuan dari PT Coca Cola Indonesia tahun 2005, pasca tsunami. Kapasitas yang terpasang pada mesin adalah 40 KW, sedangkan daya yang dihasilkan adalah 23 KW, dapat mengaliri 3 desa sekitar. Masyarakat tidak perlu takut dikenakan biaya listrik yang selangit karena tarif yang diberlakukan adalah tarif flat atau sesuai Ampere yang mereka gunakan. Bagi yang menggunakan listrik 2 ampere dikenakan biaya Rp.60 ribu/bulan, untuk yang memakai 1 ampere membayar Rp.30 ribu/bulan, sedangkan bagi yang cuma menggunakan ½ ampere cuma dikenakan biaya Rp.15 ribu/bulan.

2.7 Perhitungan Teknis PLTMH :

2.8.1 Perhitungan Efisiensi daya PLTMH

Daya hidrolik tenaga air : 

Pair = ρgQh

          Dengan :    Pair = daya hidrolik air (kilowatt)

                                      ρ   = massa jenis air (1000 kg/m3)

                             g   = percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

                             Q   = Debit air (m3/s)

                             h   = tinggi jatuh efektif (m)

Daya listrik yang dihasilkan : 

PE = Pair ηT ηG ηp ηs ηj ηt

                Dengan :      PE  = Daya listrik yang dihasilkan

                                 ηT  = Efisiensi Turbin

ηG = Efisiensi Generator 

ηP  = Efisiensi penstock

ηS  = Efisiensi Sistem Kontrol

ηJ  = Efisiensi Jaringan

ηT  = Efisiensi Trafo

Contoh Soal :

Dari data PLTMH Poso 4 (Sulawesi Selatan), didapat :

          Q   = 0,3822 m3/s

          h   = 10 m

          ηT  = 0,85

ηG = 0,85

ηP  = 0,95

ηS  = 0,97

ηJ  = 0,90

ηT  = 0,98

Maka : Pair = ρgQh = 1000 m3/s x 9,81 m/s2 x 0,3822 m3/s x 10 m

                                = 49,05 kW

PE = Pair ηT ηG ηp ηs ηj ηt = 49,05 kW x 0,85 x 0,85 x 0,95 x 0,97 x 0,90 x 0,98

                                        = 27,9214 kW

Daya aktual yang dihasilkan 25 kW

Sehingga efisiensi total PLMTH = (25 kW : 27,9214 kW) x 100 % = 89,53 %

2.7.2 Perhitungan Harga keekonomisan listrik dari PLTMH

Pembangunan PLT Mikrohidro memerlukan investasi yang relatif besar. Nilai investasi per kW terpasangnya menurut perhitungan Yayasan Mandiri berkisar antara Rp 4 juta sampai Rp 8 juta. Adapun biaya (harga) listrik per kWh-nya dihitung berdasarkan biaya awal (initial cost) dan biaya operasional (operational cost). Komponen biaya awal terdiri dari: 

1.    Biaya bangunan sipil

2.    Biaya fasilitas elektrik dan mekanik serta 

3.    Biaya sistem pendukung lain. 

Untuk komponen biaya operasional yaitu: 

1. Biaya perawatan, 

2. Biaya penggantian suku cadang, 

3. Biaya tenaga kerja (operator) 

4. Biaya lain yang digunakan selama pemakaian.

Biaya (harga) per kWh ditentukan oleh biaya rata-rata per hari dan besarnya energi listrik yang dihasilkan perhari (kWh/hari). Energi per hari ditentukan oleh besarnya daya terpasang serta faktor daya. Faktor daya adalah jumlah waktu (jam) efektif dimana PLT Mikrohidro menghasilkan energi listrik dalam satu hari (satuannya: jam/hari). Nilai faktor daya dipengaruhi oleh karakteristik (fluktuasi) aliran air dimana PLTMH dibangun. 

Harga listrik per kWh dari PLTMH untuk daya terpasanga tiap 1 kW adalah sebagai berikut. 

Kapasitas terpasang : 1 kW

Biaya awal                : Rp 4 juta

Umur pakai PLMTH    : 10 tahun

Biaya operasional      : Rp 1 juta/tahun

Faktor Daya              : 12 

   

Maka biaya rata-rata (Rp) per hari adalah:

Harga energi listrik per kWh adalah:

Jadi didapat harga listrik dari PLTMH ini sebesar Rp 320/kWh. Harga ini lebih murah jika dibandingkan dengan harga listrik PLN saat ini sebesar Rp 1380/kWh.

2.7.3 Potensi Pengembangan PLTMH di Indonesia

PLTMH di indonesia memiliki potensi pengembangan yang banyak. Di antaranya adalah sebagai berikut :

1.    Harga BBM yang terus meningkat, membuat sumber energi terbarukan diperlukan

2.    Potensi mikrohidro di Indonesia sebesar 7500 MW, baru termanfaatkan 600 MW (Data tahun 2008)

3.    Belum terjaringnya semua wilayah di indonesia dengan listrik dari PLN, membuat diperlukan sumber energi listrik dari dekat lingkungan wilayah tersebut, salah satunya dengan PLTMH

4.    Dari analisis terhadap alternatif sumber energi seperti kincir angin, tenaga surya  panas bumi, dan mikrohidro, menunjukkan mikrohidro lebih direkomendasikan. Terutama karena potensinya yang tersebar di banyak wilayah.

BAB III

KESIMPULAN

3.1 Kesimpulan 

       Kesimpulan dari makalah ini adalah sebagai berikut :

1.   PLTMH bekerja dengan mengubah energi potensial air menajdi energi mekanik selanjutnya menjadi energi listrik

2.   Nilai efisiensi PLTMH adalah 89,53 %

3.    Harga listrik dari PLTMH adalah Rp 320/kWh, jauh lebih murah dari harga listrik PLN Rp1380/kWh

4.    Kelebihan dari PLTMH adalah :

 Sumber energi terbarukan

 Efisiensi tinggi

 Banyak sumber potensinya di Indonesia

 Ramah lingkungan

 Air keluarannya bisa dipakai untuk irigasi

5.    Solusi untuk mengatasi kekurangan PLTMH :

 Memperbanyak sosialisasi terhadap masyarakat

 Memberikan insentif untuk pengembangan PLTMH di Indonesia

DAFTAR PUSTAKA

http://p3m.amikom.ac.id/.../76%20-%20MENGAPA%20MIKROHIDRO.pdf

http://student.eepis-its.edu/~basoka/taq/TELTRON-v3-n1-artikel5-april2006.pdf

http://balitbang.pu.go.id/saritek/saritek%20pusair/9.mikrohidro%20fix.pdf

http://www.wikimu.com/News/DisplayNews.aspx?id=8505&post=1

http://elektrojoss.wordpress.com/.../pembangkit-listrik-mikrohidro-45-rumah-5000-watt/

http://www.lead.or.id/download/c12/lap/M_Suhud.pdf

http://www.pplh.or.id

http://indonesiapower.co.id